구분 | 비산먼지 발생공정 | 취급물질 |
석회석 광산 | 착암, 발파, 싣기 내리기, 수송 및 이송, 야적 | 석회석, 철광석 |
원료의 취급과 이송 | 하역작업 | 석회석 |
석탄, 석고, 비산재 | ||
철광석, 셰일, 점토 | ||
이송 및 수송 | 석회석 | |
석고, 석탄 | ||
철광석, 셰일, 점토, 첨가물 | ||
저장 및 야적 | 석회석, 클링커 | |
석탄, 석고 | ||
원료․연료의 분쇄과정 | 조쇄 및 분쇄 | 석회석, 석탄 |
철광석, 셰일, 점토, 슬래그 | ||
제품의 분쇄과정 | 분쇄과정 | 클링커 |
비산재, 슬래그, 석고 | ||
출하 | 차량운송, 컨베이어 이송, 컨베이어 구동부(낙하, 출입구), 도로재비산 | 클링커 |
시멘트 |
2. 시멘트 비산먼지 저감 대책
시멘트 공장에서 발생되는 먼지는 크게 굴뚝에서 발생되는 먼지와 특정한 배출구를 거치지 않고 배출되는 비산먼지로 구분 할 수 있다.
시멘트 공장의 굴뚝에서 배출되는 먼지의 경우 주로 소성공정, 클링커냉각기(Clinker Coolers), 시멘트 분쇄기의 3가지로 구분할 수 있으며, 대기환경보전법에서 소성공정과 클링커냉각 공정에 대해 15~30㎎/㎥의 배출허용기준을 적용하고 있다. 대부분의 경우 여과집진장치가 설치되어 있으며, 이러한 굴뚝에는 CleanSYS(Smoke Stack Tel-monitoring System, TMS)가 설치되어 실시간으로 먼지의 배출농도가 관리되고 있다. 따라서 과거에 비해 공정의 굴뚝에서 배출되는 먼지의 양은 매우 감소한 것으로 파악된다. 주요 공정별 관리대책은 다음과 같다.
1) 채광·채취 공정
석회석 광산에서 발생하는 비산먼지는 착암, 발파, 바람에 의한 먼지의 재비산에 의해 발생되므로 이에 대한 제어기술이 필요하다.
석회석에 구멍을 뚫을 때 발생하는 먼지는 포집장치가 부착된 착암기를 사용하면 발생량을 줄일 수 있다. 채광작업을 하는 표면도 적절한 수분을 함유하고 있으면 비산먼지 발생량을 줄일 수 있어, 살수시설을 설치한다. 발파작업에 의해 발생되는 비산먼지를 저감하기 위해서는 일정한 간격을 두고 적은 양의 연속적인 폭파작업에 의해 저감할 수 있으며, 풍속이 큰 경우에는 발파작업을 중지한다. 작업을 중지해야 하는 풍속은 국가 혹은 지역에 따라 다르다.
미국의 경우 Regulation-VIII의 Rule 403에서“High Wind"는 순간풍속 11.1 m/s 이상일 때, 1시간 평균풍속 6.6 m/s 초과 시로 규정하고 있다. 그러나 지방정부에서 시멘트사업장의 작업을 허가할 때 발파는 8.9 m/s, 채광, 야적작업은 13.3 m/s 이하로 규정하고 있다. 인도의 경우는 페이로더에 의한 작업은 13.9 m/s이상인 경우에 제한하고 있다.
차량 통행으로 비산되는 비산먼지를 저감하기 위해서는 비포장도로에서 차량속도를 제한하고, 비산먼지 억제 화학약품을 도로표면에 살포하여 경화하거나, 주기적으로 물을 살수하는 것 등이다.
2) 싣기·내리기 공정
광산에서 폭파에 의해 크게 잘려진 석회석은 페이로더 등으로 덤프트럭에 실려서 조쇄기의 입구까지 운반된다.
비산먼지 발생의 억제효과를 위해, 석회석을 싣고, 내리는 동안 물을 분사한다. 광산에서 석회석을 싣는 작업공간은 일정하지 않기 때문에 이동식 살수시설이 효과적이다. 살수는 싣고, 내리는 공정 동안 시행 되어야 하고, 트럭이 이동하면 멈춘다.
또한, 먼지발생 부위에 적절한 후드를 설치하고, 먼지를 흡인하여 필터로 걸러내는 여과집진장치를 운영해야 한다.
3) 조쇄·분쇄 공정
조쇄 및 분쇄시설은 대부분 밀폐시설로 갖추어져 있다. 따라서 발생된 먼지가 공기 중으로 배출되는 않는다. 공정 중에서 배출된 먼지는 일반적으로 여과집진장치에 의해 처리 된다.
백필터에 포집된 먼지의 배출 또는 이동시스템에 주의가 필요하며, 포집된 먼지를 다시 벨트 컨베이어를 통해 이동할 때 재비산에 주의해야 하는데, 어떤 경우에는 살수시설을 갖추어야 한다.
4) 이송공정
불규칙하게 움직이는 벨트 컨베이어 혹은 하나의 벨트 컨베이어에서 다른 벨트 컨베이어로 교차되는 지역에서 비산먼지가 발생된다. 벨트 컨베이어의 출입구, 낙하부의 높은 곳에서 낮은 곳으로 원료를 자유낙하 하면서 원료나 연료가 충돌로 깨지면서 새로이 먼지가 발생한다.
효과적인 비산먼지 제어설비의 형태는 벨트 컨베이어를 밀폐시설에 설치하는 것이다. 또한 벨트 컨베이어 교차지점(Transfer Point)에는 낙하부에서 발생하는 먼지를 적절하게 후드를 통하여 흡인하고 백필터를 이용해 제거한다. 교차지점은 밀폐되고, 음압상태를 유지하여야 하며, 낙하 높이를 최소화되도록 설계하여야 한다.
또한 회송되는 벨트가 적재물이 실렸던 부분이 지면으로 향하지 않도록 하거나, 벨트에 붙어 있는 미세먼지를 제거하는 것이 필요하다. 벨트를 회송하는 지점에서 지면을 향하지 않도록 하는 장치와 벨트를 물로 씻어서 먼지를 제거하는 장치가 필요하다.
5) 야적 및 저장
시멘트의 원료, 연료들은 노천에 야적하거나 밀폐시설에 저장된다. 비산먼지를 발생하지 않게 하기 위해서는 밀폐시설에 저장하는 것이 가장 좋다. 그러나 석회석과 유연탄은 일반적으로 야적하는 경우도 있다.
저장시설에서 비산먼지는 벨트 컨베이어에 실려서 오는 적재물(석회석, 유연탄 등)이 낙하하면서 발생한다. 따라서 배출되는 비산먼지를 제어하기 위해서는 낙하거리가 최소한으로 유지되는 것이 효과적이며, 적재물에 충분한 수분을 유지하는 것이 중요하다. 물을 분무하기 위한 살수노즐을 Stacker 투입구에 설치하여 벨트 컨베이어에 위에 물을 뿌리는 것이 효과적이다. 어떤 설비에서는 Stacker 안쪽에 살수노즐을 설치하기도 한다. 석탄저장도 석회석 저장과 유사하다.
노천에 석회석이나, 유연탄이 야적(野積)되면, 바람에 의해 미세먼지가 공기 중으로 비산된다. 이것은 적재물의 크기와 수분 함량에 따라 다르다.
야적더미에서 발생하는 비산먼지를 저감하는 방안은 바람속도를 낮추는 방법, 표층의 알갱이물질을 덩어리화 하는 방법, 표층을 가공하여 알갱이 비산을 막는 방법 등이 있다.
바람속도를 낮추는 방법으로는 나무 등을 방풍시설(Windbreak)로 활용하는 방법과 방풍벽, 방풍망 등을 바람에 대한 장애물로 활용하는 방법이 있다.
그리고 표층의 알갱이를 덩어리화 하는 방법은 물을 뿌리는 방법과 먼지 억제제를 적용하는 방법이 있다. 그리고 표층을 가공하는 방법으로 자갈을 덮는 방법과 표면에 덮개를 씌우는 방법 등이 있다. 각 방법에 비산먼지 방지 효율(WRAP, 2006)은 <표 3-3>와 같다.
풍속이 낮아지면, 공기에 포함된 먼지가 지면으로 강하되어 제거되고, 먼지가 비산되는 속도가 저감된다. 따라서 방풍망을 설치하여 풍속을 낮춘다. 방풍망의 효율은 배출원의 면적과 방풍망 크기의 비에 따라서 결정된다. 실험적으로 방풍망의 최적 공극률은 50% 내외로 알려져 있다.
6) 운반
석회석 광산이나 공장 내·외부로 원료, 연료, 제품들이 차량으로 운반되면서 비산먼지를 발생한다. 비산먼지 발생을 저감하기 위해서는 차량속도를 제한하고, 도로표면에 물을 살수하거나, 비산먼지 억제 화학약품을 도로표면에 살포하여 경화하는 것 등을 실시하여야 한다.
• 살수
건조한 토양, 알갱이 더미에 물을 뿌리는 것은 먼지의 발생을 억제하는데 좋은 방법으로 효율이 높은 것으로 알려져 있다. 그러나 먼지 억제효과의 지속시간이 짧고 토양 혹은 알갱이 물질에 함유된 중금속 등의 오염물질이 수계를 오염시킬 수 있다는 단점이 있다.
살수에 의한 먼지 억제효과의 지속시간은 기상, 토양의 종류, 토양 혹은 알갱이더미의 교란정도에 의하여 결정되는데, 일반적으로 지속시간은 0.5 ~ 12시간으로 알려져 있다.
비포장도로에 살수를 할 경우는 비포장 도로 표면이 물에 젖도록 물을 뿌리되, 물을 지나치게 뿌려서 표면의 토양이 물로 포화가 되거나 진흙화 되지 않도록 한다. 그리고 비포장도로의 끝부분에는 자갈길을 만들거나 자동차 타이어 세척장치를 만들어서 자동차 바퀴에 토양을 제거하도록 한다.
• 먼지 억제제
살수는 먼지발생을 억제하는데 매우 효과적이지만, 먼지발생 억제지속시간이 짧은 것이 단점이다. 미국과 유럽 등에서는 이러한 단점을 극복하기 위해서 오랫동안 알갱이 물질을 표면에 부착시킬 수 있는 다양한 억제제를 개발하여 사용하고 있다. 먼지발생 억제제는 화학적 성분에 따라서 분류하는데, 그 종류별 주요 화학적 특성은 다음과 같다.
수분흡수 제품(Water Absorbing Products)은 물과 알갱이들 간의 장력을 늘리고 물의 증발을 억제하여, 알갱이들의 비산을 억제한다. 습도가 낮아서 알갱이 물질에서 먼지가 많이 발생할 가능성이 있는 경우에 이 제품을 물과 함께 사용하면 먼지를 효율적으로 억제할 수 있다. 단점으로는 수계와 식물에 악영향을 줄 수 있으며, 금속에 부식을 야기할 수 있다. 제품의 종류로는 Calcium Chloride Brine or Flakes, Magnesium Chloride Brine, Sodium Chloride 등이 있다.
석유계 제품 (Organic Petroleum Products)은 Asphalt Emulsions, Cut·liquid Asphalt, Dust oils, Petroleum Resins 등이 있으며, 표면에 작은 알갱이를 다른 물질에 붙이거나 알갱이 들을 덩어리로 만들어서 알갱이들의 비산을 억제한다. 제품에 다방향족 탄화수소를 포함할 수 있으므로 수계 및 대기에 악영향을 줄 수 있다.
비석유계 제품(Organic Non-petroleum Products)은 표면에 작은 알갱이를 다른 물질에 붙이거나 알갱이 들을 덩어리로 만들어서 먼지의 비산을 억제한다. 빗물에 의하여 알갱이 물질의 부착력이 저하되거나 파괴될 수 있고, 제품 중에서 Lignin Sulfonates는 BOD와 COD가 높기 때문에 하천수 등을 오염시킬 수 있다. 제품의 종류로는 Lignin Sulfonates, Tall Oil Emulsions, Vegetable Oils 등이 있다.
고분자 제품(Polymer Products)은 Polyvinyl Acetates, Vinyl Acrylics 등으로 표면에 작은 알갱이를 물질에 붙이거나 알갱이 들을 덩어리로 만들어서 비산을 억제한다. 토양의 하중 지지력을 증가시키며, 토양의 표면을 경화시키지 않고도 알갱이 물질을 비산을 억제한다. 환경 유해성과 부식성이 적어서 2차 오염을 야기하지 않는다. 차량이동에 의한 먼지 억제 및 나대지 풍화방지에 사용된다.